錨桿鉆車拱形焊接定位器設(shè)計及優(yōu)化
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摘要：針對拱形支護(hù)機(jī)構(gòu)在實際焊接和機(jī)加工中存在的工藝難點，設(shè)計并優(yōu)化了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、高效的焊接組對專用工裝。介紹了該工裝的設(shè)計及優(yōu)化過程。經(jīng)實踐證明了該工裝的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞：焊接工藝；拱形支護(hù)；焊接定位器
錨桿鉆車在井下進(jìn)行打鉆作業(yè)時，為防止頂板坍塌、保護(hù)操作者安全，需將前部支撐機(jī)構(gòu)撐起，對上方及前方工作面進(jìn)行臨時支護(hù)。一般的前部支護(hù)機(jī)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)，不適合對拱形巷道進(jìn)行支護(hù)。為滿足拱形巷道大面積支護(hù)作業(yè)要求，廊坊景隆重工機(jī)械有限公司特別設(shè)計了適用于拱形巷道的拱形支護(hù)機(jī)構(gòu)。有別于一般的前部支護(hù)機(jī)構(gòu)，拱形支護(hù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個機(jī)構(gòu)分為兩側(cè)側(cè)頂板與頂板三部分，頂板與側(cè)頂板采用穿軸鉸接的聯(lián)接方式。自然狀態(tài)下，油缸處于完全收縮狀態(tài)，兩側(cè)側(cè)頂板順勢半閉合在兩側(cè)。工作時，油缸伸展，將兩側(cè)側(cè)頂板展開，滿足加大支護(hù)面積的使用要求。因機(jī)構(gòu)整體成弧形，伸縮油缸需呈一定傾斜角度安裝，這就使得油缸安裝孔在加工制造方面存在一定難度。根據(jù)圖紙分析，需要加工部位為頂板及側(cè)頂板上合頁孔和油缸耳板孔。最開始制定工藝時，按照常規(guī)工藝路線方法，先將頂板和側(cè)頂板分別單獨組對焊接。在機(jī)加工時，為了保證頂板和側(cè)頂板上的油缸聯(lián)接孔的位置尺寸，先將頂板和側(cè)頂板按照圖紙給出的整個機(jī)構(gòu)的極限位置點固聯(lián)接在一起并用拉肋固定，然后整體在鏜床上進(jìn)行鉆、鉸孔加工。這樣加工存在以下問題：（1）因機(jī)構(gòu)整體為弧面，在組對頂板和側(cè)頂板上的油缸耳板時，僅依靠工人手工劃線定位無法精準(zhǔn)測量尺寸，組對容易出現(xiàn)偏差，造成鏜床加工油缸耳板上軸孔時孔位偏移，嚴(yán)重時甚至造成豁孔，使工件報廢而無法使用；（2）將機(jī)構(gòu)組成一個整體進(jìn)行加工，因底板的弧面結(jié)構(gòu)，就會給加工前工件的裝夾增加難度，裝卸組件操作非常繁瑣。且因體積過大，小型機(jī)床工作平臺放不下，只能選擇大型機(jī)床進(jìn)行加工，影響生產(chǎn)效率，增加不必要的生產(chǎn)成本；（3）加工完成后，需將臨時支撐拆除，再分別將各部件轉(zhuǎn)至下一道工序，流程繁瑣復(fù)雜。
2組對工裝設(shè)計
針對以上問題，對頂板和側(cè)頂板分別設(shè)計1.0版本的組對工裝。組對頂板油缸耳板時，工裝一側(cè)與頂板中間的肋板對齊，另一側(cè)與油缸耳板搭接的肋板對齊，通過肋板的位置對油缸耳板的位置進(jìn)行定位。工人操作時無需手工劃線，只需將各單件與工裝貼緊對齊即可。具體使用方法如圖2所示。側(cè)頂板油缸耳板組對工裝在使用時，需預(yù)先在側(cè)頂板合頁和油缸耳板上預(yù)鉆直徑為φ16mm的工藝孔，通過合頁孔定位油缸耳板的位置。使用方法如圖3所示。工裝使用時，先確定側(cè)頂板上合頁的位置，點焊牢固后，用直徑φ16mm的工藝軸將工裝一端與合頁串聯(lián)在一起，另一端與油缸耳板串聯(lián)，旋轉(zhuǎn)至極限位置后，直接將油缸耳板與側(cè)頂板弧形底板點固即可。工裝投入使用后，有效減少了鉚焊工序組對時出現(xiàn)的尺寸偏差，提高了零件的精度和品質(zhì)，解決了問題（1）。但因組對頂板油缸耳板和側(cè)頂板油缸耳板時選擇的定位基準(zhǔn)不同，后續(xù)機(jī)加工序為了統(tǒng)一基準(zhǔn)，仍需將頂板和側(cè)頂板聯(lián)接在一起后，再進(jìn)行加工。且兩件工裝都只解決了油缸耳板在長度方向上的組對偏差問題，而寬度方向上仍需工人通過劃線確定位置，操作不夠簡便。
3組對工裝改進(jìn)
為了解決后兩項問題，并進(jìn)一步簡化操作步驟，完善工裝，對工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計出2.0版本的工裝，如圖4、圖5所示。2.0版本工裝與1.0版本工裝原理相似，都是通過合頁孔定位油缸耳板位置。但與1.0版本頂板與側(cè)頂板分別采用沒有關(guān)聯(lián)性的定位基準(zhǔn)不同，在2.0版本工裝中，定位基準(zhǔn)統(tǒng)一為有同軸度要求的頂板和側(cè)頂板合頁，定位尺寸則是整個拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)在完全展開狀態(tài)下油缸達(dá)到最大行程時的長度和角度。為保證整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，將整個工裝設(shè)計成三角形。拱形支護(hù)工裝2.0使用方法如圖6所示，立柱的圓心就是頂板及側(cè)頂板合頁的圓心，兩側(cè)墊圈圓心到立柱圓心的距離及所形成的夾角為油缸達(dá)到最大行程時的長度和角度。為了方便使用及減重，省去兩墊圈之間的拉肋，將工裝設(shè)計為開口結(jié)構(gòu)。同時為了解決寬度方向上油缸耳板和合頁的定位問題，立柱的長度與側(cè)頂板上2個合頁的間距相等，墊圈的長度與兩油缸耳板內(nèi)擋尺寸相等，使用時只要將單件與工裝貼緊即可完成合頁和油缸耳板的定位組對。具體使用方法：（1）分別將頂板、側(cè)頂板上除合頁和油缸耳板外其余各部分組對為一個整體，焊接牢固；（2）用長工藝軸將頂板及側(cè)頂板通過合頁聯(lián)接在一起，保證側(cè)頂板翻轉(zhuǎn)自由后將合頁點固；（3）用短工藝軸將兩側(cè)墊圈與油缸耳板聯(lián)接，先將頂板側(cè)油缸耳板位置確定并點固，在翻轉(zhuǎn)側(cè)頂板，確定側(cè)頂板上油缸耳板的位置并點固；（4）將工件整體拉肋固定，全部焊接完成后，再拆除工裝及拉肋。設(shè)計時，將2.0版本工裝上立柱與墊圈孔的直徑分別與頂板、側(cè)頂板油缸耳板及合頁孔的直徑設(shè)計為相同尺寸；在設(shè)計工藝路線時，預(yù)先將頂板、側(cè)頂板的油缸耳板及合頁按單件圖紙尺寸加工成形后再轉(zhuǎn)鉚焊工序組對焊接，這樣在頂板及側(cè)頂板組焊完成后就不必再轉(zhuǎn)機(jī)加工序整體加工，進(jìn)一步節(jié)省了加工時間和成本。2.0版本工裝不僅解決了1.0版本工裝寬度方向的定位問題，還解決了前文提到的組件加工過程中的3個問題。只通過一件工裝配合相應(yīng)尺寸的工藝軸，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，極大地提高了生產(chǎn)效率。
4結(jié)語
錨桿鉆車拱形支護(hù)機(jī)構(gòu)焊接組對工裝結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便，已加工完成的拱形支護(hù)頂板和側(cè)頂板在后續(xù)裝配過程中未出現(xiàn)尺寸偏差，證明該工裝可有效保證拱形支護(hù)的尺寸精度。對已經(jīng)出廠的拱形支護(hù)機(jī)構(gòu)做追蹤調(diào)查，在使用過程中也未出現(xiàn)質(zhì)量問題，表明該工裝的設(shè)計滿足使用要求。通過使用2.0版本的組對工裝，簡化了加工工序，由以前的整體加工改為單件加工后使用工裝一次組裝成形。在保證組裝精度的基礎(chǔ)上節(jié)約生產(chǎn)成本約75%，提高生產(chǎn)效率約70%。
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作者:姚金玲 單位:廊坊景隆重工機(jī)械有限公司